The first offspring obtained using "artificial" spermatozoa isolated from embryonic stem cells
- Authors: Melikhova V.S.
- Issue: Vol 1, No 4 (2006)
- Pages: 15-16
- Section: News of cellular technologies Cell biology
- URL: https://genescells.ru/2313-1829/article/view/138615
- ID: 138615
Cite item
Full Text
Full Text
Эксперименты по выделению и характеристике половых клеток из эмбриональных стволовых (ЭСК) позволят исследовать биологические процессы в гаметах и гаметогенез, а также стать одним из способов лечения бесплодия в будущем [1]. До недавнего времени было показано формирование из ЭСК овоцитов [2] и сперматозоидов [3, 4]. Однако ни одна группа до сих пор не показала функциональность выделенных гамет, то есть их способность давать нормальное потомство. Полученные путем оплодотворения «искусственными» гаметами бластоцисты не имплантировали животным.
Недавно группа Кarim Nayernia из Georg-August University (Gцttingen, Germany) впервые показала способность сперматозоидов, выделенных из ЭСК мыши, к оплодотворению и развитию взрослых животных из полученных зародышей. Работа опубликована в журнале Developmental Cell.
Для определения функциональной активности полученных клеток ученые использовали две генетические конструкции с промоторами генов, характерных для премейотических гаплоидных мужских половых клеток. Под их контролем запускалась экспрессия флуоресцентных белков зеленого и красного соответственно. Благодаря таким генетическим меткам, исследователи могли выделить сперматогониальные клетки в культуре ЭСК. Эти гены вносили в ЭСК в культуре и культивировали до 2 месяцев. В процессе культивирования использовался коктейль растворимых факторов, которые способствовали выживанию и самообновлению мышиных половых клеток. После культивирования в такой среде до 6 % клеток, экспрессирующих трансген (а значит, коммитированных по пути развития мужских половых клеток), сортировались и переносились в базовую среду без факторов дифференцировки. Через два месяца клетки подвергали повторной сортировке на основе экспрессии обоих трансгенов. Таким путем исследователям удалось вывести 2 сперматогониальных линии SSC и SSC12.
Клетки были способны формировать эмбриоидные тельца и экспрессировали белки, характерные для сперматогониев. Для определения функциональной активности полученных клеточных линий их пересаживали в семенник мышам (второй служил в качестве контрольного), которым предварительно была проведена абляция половых клеток. У 2 из 10 проанализированных животных в просвете семенного канальца, а также в его стенке, были обнаружены картины нормального сперматогенеза. Однако подвижность полученных клеток была значительно снижена по сравнению с положительным контролем. Происхождение постмейотических клеток в просвете канальца подтверждалось активной флуоресценцией трансгенных белков. У пяти мышей было зафиксировано образование тератом после трансплантации.
Внутрицитоплазматическая инъекция клеток полученных линий в неоплодотворенный овоцит мышей дикого типа приводила к последующему выбросу полярного тельца и формированию пронуклеусов. Двухклеточные эмбрионы, полученные таким образом, имплантировали в яйцевод псевдо-беременной самки. Из 5 перенесенных эмбрионов родилось 12 мышат. По сравнению с мышатами дикого типа, мышата, полученные искусственным путем, были либо меньше, либо больше по размеру и погибали в течение 5 месяцев. Клетки, несущие трансген, были обнаружены в семенниках некоторых из потомков.
Несмотря на низкую эффективность переноса, рождение слабых и дефектных детенышей, образование тератом после трансплантации клеток, авторы впервые продемонстрировали возможность рождения потомства, полученного после оплодотворения in vitro «искусственно» полученными гаметами из ЭСК. Таким образом исследователи доказали, что мужские гаметы, полученные из ЭСК, полностью функциональны. При усовершенствовании методики получения половых клеток из ЭСК и увеличении эффективности оплодотворения и рождения здоровых детенышей, откроются новые перспективы использования данной технологии в биологии и медицине. Прежде всего, разработанная система может служить прекрасной моделью изучения дифференцировки гамет. Возможность выделения гамет из ЭСК может решить проблему некоторых форм бесплодия. Кроме того, выделение функциональных мужских и женских гамет из одной линии ЭСК позволит полностью автономно поддерживать и обновлять эту линию через создание новых бластоцист. Тем не менее, развитие таких технологий одновременно порождает и ряд этических вопросов.
About the authors
V. S. Melikhova
Author for correspondence.
Email: redaktor@celltranspl.ru
Russian Federation
References
- Лопатина Т.B. Искусственный гаметогенез: дифференцировка эмбриональных стволовых клеток в гаметы. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 200 ; 2: 32-4.
- Hubner K., Fuhrmann G., Christenson L.K. et al. Derivation of oocytes from mouse embryonic stem cells. Science 2003; 300(5623): 1251-6.
- Toyooka Y., Tsunekawa N., Akasu R., Noce T. Embryonic stem cells can form germ cells in vitro. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2003; 100(20): 11457-62.
- Lacham-Kaplan O., Chy H., Trounson A. Testicular cell conditioned medium supports differentiation of embryonic stem (ES) cells into ovarian structures containing oocytes. Stem Cells 2006; 24(2): 266-73.
Supplementary files
